D8: Dentale Implantat-Abutments

Hintergrund
Die dentale Implantologie hat in den letzten Jahren zunehmende Bedeutung erfahren. So werden allein in Deutschland jährlich ca. 1 Mio. Implantate eingesetzt. In der Medizin nehmen Dentalimplantate eine Sonderstellung ein, da sie in Folge ihrer Lokalisation mit verschiedenen Körpergeweben und dem keimbelasteten Milieu der Mundhöhle in Kontakt treten. Im Bereich der Weichteildurchtrittsstelle können Bakterien adhärieren und sich in komplexen Biofilmgemeinschaften organisieren. Die folgenden Entzündungsreaktionen und damit verbundene progredientdestruktive Prozesse führen häufig zu Implantatlockerung und –verlust. Über Beobachtungszeiträume von fünf Jahren liegt die Prävalenz dieser periimplantären Infektionen bei bis zu 30% und weist damit eine erhebliche gesundheitsökonomische Relevanz auf.

Forschungsansatz
Das übergeordnete Ziel des Projektes besteht darin, die Funktion und Lebensdauer dentaler Implantate in der klinischen Anwendung nachhaltig zu verbessern, indem eine Biofilmbildung selektiv vermindert und damit das Risiko einer periimplantären Entzündung minimiert wird. Dazu werden die Wechselwirkungen zwischen funktionalisierten Implantatoberflächen, Biofilmen und humanen Geweben charakterisiert sowie ausgefeilte reproduzierbare Testsysteme etabliert.

Funktionalisierung von Implantatoberflächen
Biologisch wirksame synthetische Polymerkombinationen werden kovalent an unterschiedliche Implantatmaterialien wie Titan oder Keramik angebunden. Um die resultierenden Oberflächen hinsichtlich ihrer antibakteriellen Wirksamkeit und Biokompatibilität gegenüber humanen Zellen zu untersuchen, werden einzelne human pathogene Erreger oder isolierte Gingivafibroblasten auf den Materialien in vitro ausgebracht. Dabei konnten Copolymere identifiziert werden, die kaum noch eine bakterielle Besiedelung aufweisen, während die Anlagerung von Gingivafibroblasten nur geringfügig beeinträchtigt scheint. Neben antibakteriellen Polymeren, die die Wirkung natürlicher Proteine nachahmen, werden auch antimikrobielle Komponenten (wie z.B. antibakterielle Peptide) an Oberflächen angebunden. Ein weiterer wichtiger Aspekt aktueller Untersuchungen ist die Wirkung der Beschichtungen auf die Proteinanlagerungen sowie die Bildung extrazellulärer Bakterienmatrix und ihrer Bedeutung für die Mechanismen der Biofilmbildung.

Untersuchungen zur Biofilmbildung in vitro und in vivo
Für ein tiefgreifendes Verständnis der Biofilmbildung auf Implantatmaterialien werden sowohl in einem komplexen Multi-Spezies-Biofilm-Modell in vitro als auch anhand von Abstrichen und intakter Plaque aus der Mundhöhle Bakteriengemeinschaften untersucht. In diesem experimentellen Setting werden die innovativen Beschichtungsstrategien hinsichtlich ihrer Effekte auf Diversität, Struktur und Dynamik der oralen Biofilmbildung unter realen Bedingungen simuliert.

Evaluierung der Implantat-Gewebe-Biofilm-Interaktion
Weiterhin werden die komplexen Interaktionen zwischen Implantatoberflächen, Biofilmen und humanen Geweben analysiert, um Strategien zur Reduktion von periimplantären Infektionen zu entwickeln. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, auch geeignete Modelle anzuwenden, die eine Untersuchung von Zell- und Gewebereaktionen weiter optimieren. Im Teilprojekt konnten dabei neben innovativen reversiblen Immortalisierungssystemen in der Zellkultur auch Tiermodelle entwickelt werden, die es ermöglichen, bakterielle Besiedlungen und Entzündungsreaktionen in vivo darzustellen.

Vision der Forschungsarbeiten
Die Arbeiten im Teilprojekt zielen darauf ab, zusammen mit dem eng assoziierten TP D12 neue Materialien mit bioaktiven Oberflächen zur zukünftigen Anwendung in der dentalen Implantatversorgung zu entwickeln. Die Optimierung insbesondere auch der biologischen Eigenschaften soll dazu beitragen, dass die Langzeitprognose dentaler Implantate nachhaltig verbessert wird. Außerdem sollen sämtliche im Rahmen dieses Projektes generierten Erkenntnisse und Methoden auf weitere medizinische Implantatsysteme transferiert werden.